祝永剛 ZHU Yong-gang；謝寒 XIE Han；張馳 ZHANG Chi

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

放射性廢液的計(jì)量輸送是防化工程遇到的重要問(wèn)題，要求輸送過(guò)程不允許泄露，且不允許工作人員直接維修等。針對(duì)該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究出了空氣提升器，它的特點(diǎn)是設(shè)備管道簡(jiǎn)單，無(wú)傳動(dòng)部件，無(wú)需維修部件，可靠性好。已經(jīng)成為目前放射性廢液處理工程中應(yīng)用較多的一種料液輸送裝置，可以有效地解決放射性廢液在常規(guī)方式下不便于輸送的難題[1-2]。

1 空氣提升器工作原理

空氣提升器是一種以空氣為媒介來(lái)輸送料液的裝置，其工作原理為：壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣管線充入空氣提升器內(nèi)，使提升器管內(nèi)料液密度變小，管內(nèi)和槽罐內(nèi)（管外）料液間產(chǎn)生壓力差，在壓力的作用下，槽內(nèi)料液通過(guò)空氣提升器提升至高處?？諝馓嵘髟谳斔土弦簳r(shí)需要一定的浸沒(méi)度，為保證其浸沒(méi)度，空氣提升底節(jié)安裝高度一般低于貯槽底部，用空氣提升器輸送料液時(shí)，從貯槽底部出料。對(duì)于浸沒(méi)度不滿(mǎn)足輸送要求或者不適合從貯槽底部出料的情況，一般采用真空輔助空氣提升。與普通空氣提升器相比，真空輔助空氣提升系統(tǒng)在氣液分離罐排氣管道上增加一個(gè)壓空噴射器，將氣液分離罐抽成負(fù)壓，利用供料槽與氣液分離罐間的壓差，將供料槽內(nèi)的液體抽吸到一定高度，以滿(mǎn)足空氣提升浸沒(méi)度的要求，完成料液輸送。

2 空氣提升器運(yùn)行特性

空氣提升器作為一種料液輸送裝置，通過(guò)理論研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，其輸送速率與以下兩個(gè)因素有關(guān)：

①儲(chǔ)槽內(nèi)需要輸送的料液的高度。

②進(jìn)入空氣提升器內(nèi)的壓縮空氣的流量大小。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試時(shí)分別選擇不同液位（分別為2500L、3500L、4500L 和5700L）下，通入不同流量下的壓縮空氣，對(duì)空氣提升器的輸送速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如圖1 所示。

圖1 不同液位和壓空流量下的輸送速率曲線圖

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)分析，可以得出如下結(jié)論：

①相同壓空流量下，儲(chǔ)槽內(nèi)液位越高，輸送速率越快；當(dāng)液位低到某種程度后，輸送速率為零，無(wú)法滿(mǎn)足輸送料液的需求。

②當(dāng)儲(chǔ)槽內(nèi)液位高度相同時(shí)，空氣提升器的輸送速率與壓空流量大小呈拋物線形態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 空氣提升器的工程應(yīng)用

我國(guó)某工程項(xiàng)目采用了空氣提升器作為放射性廢液輸送裝置之一，并采取一級(jí)真空輔助提升的方法——即在空氣提升器出口位置增設(shè)氣液分離罐，并使用壓空噴射器對(duì)氣液分離罐抽負(fù)壓，使料液更容易提升高度，同時(shí)去除氣水混合物中的空氣，使料液更容易進(jìn)入后續(xù)儲(chǔ)槽[3]。真空輔助空氣提升系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，氣液分離罐內(nèi)為真空狀態(tài)，輸送過(guò)程中，在氣液分離罐至供料槽的管段內(nèi)將存有一定量的廢液。真空輔助空氣提升系統(tǒng)停止后，這部分廢液將自行流入供料槽，將其稱(chēng)為殘液。為了保證供料槽液位在限定范圍內(nèi)變化，殘液在接收槽全運(yùn)行液位范圍內(nèi)應(yīng)是穩(wěn)定值，殘液量不允許超過(guò)要求限值?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置如圖2所示。

圖2 空氣提升器布置簡(jiǎn)圖

該工程項(xiàng)目中，空氣提升器的設(shè)計(jì)作用是將料液儲(chǔ)槽1 中的料液按批次定量輸送到儲(chǔ)槽2 中，每批次輸送料液量約50L，當(dāng)儲(chǔ)槽2 接收到50L 料液后自動(dòng)聯(lián)鎖停運(yùn)空氣提升器停止供料。并且還要求在儲(chǔ)槽1 最大存量時(shí)空氣提升器的輸送速率約2000L/h，最小存量時(shí)輸送的速率約500L/h。

4 空氣提升器工程應(yīng)用問(wèn)題處理

該項(xiàng)目在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)運(yùn)行工況下，當(dāng)儲(chǔ)槽2 接收50L 料液聯(lián)鎖停運(yùn)空氣提升器后，中間氣液分離罐中會(huì)有50L 左右的殘液靠重力流入儲(chǔ)槽2，即儲(chǔ)槽2 每批次實(shí)際接收的料液量約為100L，氣液分離罐中殘液量過(guò)多，與設(shè)計(jì)批次定量輸送的要求相差較大，不滿(mǎn)足運(yùn)行需求。批次供料量不可控將導(dǎo)致后續(xù)流程中不能精準(zhǔn)化處理放射性廢液，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致處理后的放射性廢物將處于不安全或不穩(wěn)定狀態(tài)，不利于后續(xù)處理。因此，降低空氣提升器停運(yùn)后氣液分離罐中的殘液量，實(shí)現(xiàn)批次供料量穩(wěn)定可控意義重大。

現(xiàn)場(chǎng)空氣提升器運(yùn)行的部分代表性試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如表1 和圖3 所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖3 殘液量與輸送速率關(guān)系圖

由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

①儲(chǔ)槽1 高液位時(shí)，空氣提升器輸送速率大于設(shè)計(jì)值，低液位時(shí)輸送速率小于設(shè)計(jì)值。

②儲(chǔ)槽1 高液位時(shí)，空氣提升器實(shí)際批次輸送量較大，中低液位時(shí)批次輸送量合格但輸送速率不合格。

③氣液分離罐中的殘留料液量與空氣提升器的輸送速率有關(guān)，輸送速率越大，殘液量越多。

④空氣提升器輸送速率降低的同時(shí)，氣液分離罐中的殘留料液量有所降低。

⑤輸送速率在480L/h-2000L/h 范圍內(nèi)，批次輸送的料液量和輸送速率基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)分析討論，從設(shè)備狀況、設(shè)備安裝、現(xiàn)場(chǎng)條件等方面初步篩選出造成批次供料量不合格的因素有：

①氣液分離罐出口有異物堵塞或出口管徑偏小，使得進(jìn)入氣液分離罐中的料液不能及時(shí)流出。

②壓空噴射器的抽負(fù)壓能力不滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求。

③氣液分離罐出口管傾斜度偏小，水平管長(zhǎng)度偏長(zhǎng)使得料液不能順暢流下。

④空氣提升器本身傳輸速率過(guò)快，使得進(jìn)入氣液分離罐中的料液量過(guò)大。

現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)以上可能原因開(kāi)展了逐條排查，采取的排查措施及結(jié)論如下：

①檢查氣液分離罐及出口管道內(nèi)部清潔情況，確認(rèn)了氣液分離罐出口無(wú)異物；

②使用臨時(shí)設(shè)施，在合理范圍內(nèi)增大氣液分離罐的出口管管徑，測(cè)試分離罐內(nèi)殘液量變化情況，并與相同試驗(yàn)條件下原出口管徑的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)了氣液分離罐出口管徑合理增大后殘液量沒(méi)有明顯減小；

③測(cè)試壓空噴射器的抽負(fù)壓能力，確認(rèn)了通過(guò)調(diào)節(jié)壓空管線減壓閥可以使氣液分離罐維持恒定的負(fù)壓水平，壓空噴射器工作正常；

④加大氣液分離罐出口管段傾斜度、縮短氣液分離罐水平管線長(zhǎng)度，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)試驗(yàn)證，氣液分離罐內(nèi)殘液量有所降低，但仍不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)運(yùn)行要求；

⑤在空氣提升器出口段增設(shè)截流裝置以降低其輸送速率，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)試驗(yàn)證，氣液分離罐內(nèi)殘液量降低至可接受水平。

基于上述現(xiàn)場(chǎng)排查及驗(yàn)證情況，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行了正式設(shè)計(jì)變更：在空氣提升器出口段增設(shè)截流裝置（偏心異徑大小頭）、縮短氣液分離罐出口水平管線長(zhǎng)度。經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證，變更后的設(shè)備有效解決了氣液分離罐中的殘液量問(wèn)題，并使得空氣提升器的輸送速率在儲(chǔ)槽1 高液位時(shí)得以有效降低，在儲(chǔ)槽1 低液位時(shí)有所提升。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如表2 和圖4。

表2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖4 空氣提升器改良后的輸送速率與殘液量圖

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，該項(xiàng)目的空氣提升器經(jīng)上述方法改良后，有效地解決了料液批次輸送量不可控的問(wèn)題，將料液輸送過(guò)程中氣液分離罐內(nèi)的殘液量由50L 左右降至了10L 以?xún)?nèi)，為后續(xù)工藝流程中精準(zhǔn)處理放射性廢液打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

空氣提升器是目前放射性廢液處理工程中應(yīng)用較多的一種料液輸送裝置，采取真空輔助提升的方法，可以使料液更容易提升高度，并去除氣水混合物中的空氣，使料液更容易進(jìn)入后續(xù)儲(chǔ)槽。通過(guò)在空氣提升器出口段增設(shè)截流裝置（偏心異徑大小頭）、縮短氣液分離罐出口水平管線長(zhǎng)度的方法，可以有效地解決料液批次輸送量不可控的問(wèn)題，為處理放射性廢液輸送裝置問(wèn)題方面提供良好的工程借鑒和參考。